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2020.04.22 AC/DC

小結

使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例

此前共用19個篇幅介紹了“使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例”,本文將作為該系列的最後一篇進行匯總。

該設計案例中有兩個關鍵要點。一個是功率切換中使用了SiC-MOSFET。SiC-MOSFET與Si-MOSFET相比,具有損耗低且高溫環境下工作特性優異的特點。另一個是切換拓撲選用了準諧振方式。準諧振方式具有雜訊低且效率高的特點。透過這些組合,可設計出高耐壓、高效率、低雜訊的AC/DC轉換器。對於近年來的主要課題–節能來說,SiC功率元件是功不可沒的。

此次使用的電源IC為準諧振控制器,SiC-MOSFET是外接的。目前ROHM正在研發SiC-MOSFET內建型轉換IC。內建Si-MOSFET的轉換IC有很多,但ROHM內建SiC-MOSFET的轉換IC為全球首發。

接下來是該系列的所有專案及其關鍵要點一覽。

<使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例>

  1. 前言

    關鍵要點

    ・準諧振方式的隔離型AC/DC轉換器的設計案例。

    ・功率切換中使用SiC-MOSFET。

  2. 設計中使用的電源IC:專為SiC-MOSFET最佳化

    關鍵要點

    ・在使用電源IC的設計中,要使用SiC-MOSFET需要專用的電源IC。

    ・SiC-MOSFET和Si-MOSFET的閘極驅動電壓VGS不同。

    ・設計中使用了SiC-MOSFET驅動用AC/DC轉換器控制IC:BD7682FJ-LB。

  3. 設計案例電路

    關鍵要點

    ・準諧振方式是利用了變壓器一次繞組的電感和諧振電容器的電壓諧振的自激式反激轉換器。

    ・利用準諧振方式可降低開關損耗和雜訊。

  4. 變壓器T1的設計 其1

    關鍵要點

    ・分步驟計算變壓器T1的鐵芯尺寸、一次側電感值、各個匝數。

    ・可按照與設計篇第一篇“隔離型返馳式轉換器電路設計”相同的思路進行計算。

  5. 變壓器T1的設計 其2

    關鍵要點

    ・分步驟計算變壓器T1的鐵芯尺寸、一次側電感值、各個匝數。

    ・可按照與設計篇第一篇“隔離型返馳式轉換器電路設計”相同的思路進行計算。

  6. 主要零件的選型:MOSFET Q1

    關鍵要點

    ・MOSFET Q1使用本設計主題之一的“SiC-MOSFET”。

    ・MOSFET的選型需要考慮最大Vds、峰值電流、導通電阻的損耗、封裝的最大額定損耗等。

    ・以Ippk×2左右作為ID額定值的大致選擇標準。

    ・Vds透過公式來計算。

  7. 主要零件選型:輸入電容和平衡電阻

    關鍵要點

    ・輸入電容採用串聯方法,以獲得所需的耐壓。

    ・串聯電容時,需要插入平衡電阻以確保外加於各電容的電壓均衡。

    ・由於平衡電阻只是產生IR損耗,因此需要注意電阻值。

  8. 主要零件選型:用來設定過負載保護點切換的電阻

    關鍵要點

    ・過負載保護校正功能是這款IC的功能,當輸入電壓超過設置值時,通過降低電流限制電平來降低損耗功率,從而使過負載時的保護更可靠。

    ・切換電壓根據R20的電阻值(按文中給出的公式計算)設置。

  9. 主要零件選型:電源IC的VCC相關零件

    關鍵要點

    ・IC的電源VCC由利用了二次側輸出的VCC繞組生成。

    ・啟動時未發生二次側輸出,因此另行設置啟動用電壓供給電路。

    ・為了避免VCC OVP的誤動作,需要用來抑制VCC線圈的突波電壓的電阻。

  10. 主要零件選型:電源IC的BO(Brown-out)引腳相關零件

    關鍵要點

    ・欠壓保護功能是當輸入電壓VIN低於正常工作所需的電壓時停止開關工作的保護功能。

    ・給BO引腳外加將VIN電阻分壓後的電壓,設置工作開始電壓和停止電壓。

    ・常數計算遵循公式。

  11. 主要零件選型:緩衝電路相關零件

    關鍵要點

    ・為了抑制輸入中的變壓器漏電感引發的浪湧,可添加緩衝電路。

    ・緩衝電路基本上採用RCD型電路,要想獲得更優異的保護性能,可添加TVS二極體。

  12. 主要零件選型:MOSFET閘極驅動調整電路

    關鍵要點

    ・調整閘極驅動信號,並優化開關電晶體的損耗和雜訊。

    ・加快開關的上升/下降時間可減少損耗,但開關雜訊會變大。

  13. 主要零件選型:輸出整流二極體

    關鍵要點

    ・輸出整流二極體使用快速恢復二極體或蕭特基二極體。

    ・選用規格為電壓70%、電流50%左右的產品。

  14. 主要零件選型:輸出電容、輸出設定及控制零件

    關鍵要點

    ・輸出電容取決於輸出負載額定的Peak-to-Peak漣波電壓(ΔVpp)和漣波電流。

    ・輸出電壓設定電阻可透過技術規格書中給出的公式計算。

    ・回饋訊號調整零件根據技術規格書中給出的常數來選型。

  15. 主要零件選型:電流檢測電阻及各種檢測用引腳相關零件

    關鍵要點

    ・各檢測用引腳所需的零件根據技術規格書和設計手冊進行設置。

    ・如果雜訊進入檢測用引腳,可能會導致誤動作等問題,因此可以考慮增加電容器或RC濾波器。

  16. 主要零件選型:EMI及輸出雜訊對策零件

    關鍵要點

    ・可增加輸入濾波器、Y-Cap、輸出整流二極體的緩衝電路作為EMI對策。

    ・可在輸出端增加LC濾波器作為輸出雜訊對策。

    ・無論採用何種方法,都需要確認雜訊的影響並調整零件常數。

  17. PCB板佈局範例

    關鍵要點

    ・使用SiC MOSFET或準諧振轉換器時,PCB的佈局原則基本相同。

  18. 案例中的電路和零件清單

    關鍵要點

    ・使用範例電路測試並探討效率。

    ・電路零件僅為參考範例,具體可根據情況進行不同的選擇。

  19. 評估結果:效率和切換波形

    關鍵要點

    ・使用範例電路測試並探討效率。

    ・電路零件僅為參考範例,具體可根據情況進行不同的選擇。

本篇章至此結束。

PWM返馳式轉換器設計範例